Doctorant – Transition post-quantique des porotocles de communication sécurisés

Type de contrat : CDD Contexte et atouts du poste Les protocoles de communications sécurisées permettent à une ou plusieurs parties de communiquer de façon protégée sur le réseau. Des mécanismes cryptographiques sont utilisés pour assurer plusieurs propriétés de sécurité essentielles : l’authentification et l’anonymat des parties, la confidentialité et l’intégrité des données échangées, la confidentialité persistante et la protection anti-rejeu. Les mécanismes cryptographiques symétriques bénéficient de petites tailles de clés et d’efficacité en temps de calcul. Néanmoins, ils nécessitent un partage préalable de secret. Ce partage peut avoir lieu en utilisant de la cryptographie asymétrique. Ainsi, la plupart des protocoles de communications sécurisées sont généralement composés de deux phases : — une première phase d’échange de clés authentifié, où les parties établissent un secret partagé. Par exemple, l’échange de clés s’appuie sur le mécanisme Diffie-Hellman, et l’authentification sur des signatures. Pendant cette phase, les parties peuvent également négocier les mécanismes cryptographiques à utiliser pour la protection des données. — Une seconde phase qui prend en entrée le secret partagé issu de la première phase, et dérive de ce secret partagé des clés de session. Ces clés sont ensuite utilisées pour protéger le flux de données entre les parties, avec des mécanismes cryptographiques symétriques. Ces données sont protégées notamment en confidentialité et intégrité. Parmi les protocoles de communication sécurisés, on retrouve les protocoles de sécurisation des communications IP (p.e., IPSec [ANS26c], WireGuard [Don17]), les protocoles de sécurisation des connexions (p.e., TLS [ANS26b], QUIC), les protocoles de connexion à distance sécurisée (p.e., SSH [ANS26a]) ou même les protocoles de messagerie sécurisée (p.e., Signal). Plus généralement, la majorité des protocoles utilisés pour le nomadisme sont concernés par ces travaux. Menace quantique. La menace quantique oblige la communauté à remplacer les mécanismes asymétriques utilisées aujourd’hui par des mécanismes post-quantiques. C’est le cas en particulier des mécanismes reposant sur les problèmes de la factorisation et du logarithme discret, vulnérables à un potentiel ordinateur quantique [Sho94]. Ainsi, l’échange de clés Diffie-Hellman doit être remplacé par un échange basé sur un mécanisme d’encapsulation de clé (KEM) post-quantique. De la même manière, les signatures doivent être remplacées par des signatures post-quantiques. Ces mécanismes post-quantiques ne sont pas encore arrivés au stade de maturité suffisante en termes de cryptanalyse et d’implémentation. Ainsi, dans le cadre de la transition post-quantique, l’hybridation est recommandée [ANS22, ANS23]. L’idée consiste à combiner des mécanismes post-quantiques et des mécanismes classiques. Une approche crypto-agile est également préconisée, permettant de remplacer rapidement un algorithme vulnerable par un autre, tout en préservant la fonctionnalité et les propriétés de sécurité du protocole. Transition post-quantique. Avec la nouvelle émergence de ces mécanismes post-quantiques et les difficultés associées, les protocoles de communication sécurisés doivent être adaptés. Leur transition vers une sécurité post-quantique est un sujet de recherche très actif dans les communautés académiques et industrielles, ces protocoles étant largement déployés dans les architectures actuelles et appelés à perdurer. Par ailleurs, plusieurs nouvelles propositions existent déjà mais plusieurs questions restent ouvertes. Mission confiée La mission principale de cette thèse est de faire avancer les travaux de recherche pour permettre une transition efficace des protocoles de communications sécurisés avant l’arrivée d’un ordinateur quantique. Amélioration de protocoles existants. Plusieurs propositions post-quantiques pour des protocoles de communications sécurisées ont été publiées (p.e., [ANS26b, ANS26a, ANS26c, SSW20, DJK+ 25, LSB25]). Un des objectifs de la thèse est d’étudier ces travaux et de proposer des améliorations sur les constructions existantes, notamment en niveau de sécurité, temps de calcul, nombre de messages échangés, taille de messages, etc... Conception de nouveaux protocoles. Un autre objectif de la thèse est de proposer de nouvelles constructions de protocoles de communications sécurisées, plus efficaces que les constructions existantes. En effet, il reste des questions ouvertes sur l’existence de constructions mieux adaptées au contexte post-quantique, par exemple pour les protocoles VPN ou de messagerie sécurisée. Par exemple, une piste de recherche est d’analyser comment dépasser la limitation actuelle sur la taille des messages tout en minimisant le nombre de messages nécessaires à la réalisation de la première phase d’échange de clé authentifié. Cette limitation a par exemple été explorée dans des travaux récents menés par des membres de l’équipe de ce projet de thèse, portant à l’hy